蘇州中固建筑科技有限公司 蘇州 215152

1 工程概況

本工程為蘇州大學(xué)獨(dú)墅湖校區(qū)恩玲學(xué)生活動(dòng)中心改造加固項(xiàng)目，加固工程建筑面積約20 000 m2（含地下室、多功能大廳、會(huì)議室等）。該建筑原設(shè)計(jì)使用功能為學(xué)生活動(dòng)中心，結(jié)構(gòu)主體施工完成后一直閑置，現(xiàn)擬將其改造為音樂演播廳使用。本工程由蘇州設(shè)計(jì)研究院和江蘇東南建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)事務(wù)所共同聯(lián)手設(shè)計(jì)，在建筑結(jié)構(gòu)和加固設(shè)計(jì)上形成互補(bǔ)，目標(biāo)使本項(xiàng)目成為具有江蘇代表性的音樂劇院建筑（圖1）。

圖1 工程效果圖

本工程結(jié)構(gòu)本身造型層次變化較多，承載構(gòu)件組成形式為鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、勁性混凝土鋼結(jié)構(gòu)、圓鋼柱素混凝土結(jié)構(gòu)等，結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜；因功能變更，需要對(duì)原承臺(tái)、柱、梁、板等進(jìn)行加固，因結(jié)構(gòu)造型大多為異形，結(jié)構(gòu)層次較多，承載構(gòu)件存在多種組合形式，所以加固改造時(shí)難度較大，常用的加固改造施工技術(shù)無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求；舞臺(tái)上部空間不能滿足現(xiàn)在的設(shè)計(jì)要求，為縮短工期、減少投資成本，擬對(duì)原屋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體提升。

2 技術(shù)創(chuàng)新之處

1）本工程為音樂演播廳，建筑造型獨(dú)特，外部多為圓弧形，內(nèi)部空間布局緊湊，結(jié)構(gòu)層次變化較多，施工放線比較困難，腳手架支模較為復(fù)雜；通過PKPM建模清晰地了解建筑結(jié)構(gòu)和布局，便于有序地安排施工步驟；同時(shí)，也更直觀地了解施工部位，便于施工前期發(fā)現(xiàn)問題，盡早解決難題，避免重復(fù)施工或待工，降低施工成本，縮短施工工期。

2）本建筑主要承載構(gòu)件組成形式較多；勁性混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部有型鋼，當(dāng)此柱上梁需加大截面加固時(shí)，增加配筋無法采用常用植筋技術(shù)施工，此工程采用柱外加鋼套箍新增配筋焊接連接施工技術(shù)進(jìn)行處理，避免對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，也無需對(duì)原柱進(jìn)行加大截面施工，有效解決了施工難題，降低施工成本，縮短工期。

3）原鋼筋混凝土柱上新增梁，柱截面尺寸小于植筋深度設(shè)計(jì)值，此時(shí)采用常用植筋工藝無法滿足設(shè)計(jì)要求，此工程采用錨板植筋加固施工技術(shù)進(jìn)行處理，避免原柱拆除重做或是增加截面施工，此技術(shù)有效地提高了結(jié)構(gòu)荷載，并延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命。

4）建筑功能變更后原承臺(tái)荷載不能滿足現(xiàn)在的設(shè)計(jì)要求，因此要對(duì)原結(jié)構(gòu)承臺(tái)和地梁進(jìn)行加固，以提升承載力；承臺(tái)和地梁處于樓層結(jié)構(gòu)下，無法采用灌注樁和靜壓樁，經(jīng)過與設(shè)計(jì)院溝通，此處采用增大原承臺(tái)及在原結(jié)構(gòu)地梁處增加承臺(tái)，采用先做承臺(tái)預(yù)留錨桿和樁基孔洞，承臺(tái)完成后進(jìn)行錨桿靜壓樁施工，最終承臺(tái)荷載得到有效提升，承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

3 PKPM建模深化

1）加固過程中有碳纖維加固、包鋼加固、粘鋼加固、加大截面加固、預(yù)應(yīng)力加固等，同時(shí)有改建拆除、新增等施工交叉作業(yè)，在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)空間里，合理布置施工先后順序較為重要；施工單位在設(shè)計(jì)院的PKPM模型基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)一步深化模型，經(jīng)過深度了解施工現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，用PKPM軟件不斷更新模型，通過模型更直觀地理順現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)和布局，能更方便、有效地安排施工順序，完善改造、加固的先后施工過程，提高工作效率，減少腳手架、竹排片等重復(fù)使用，最大限度地提高周轉(zhuǎn)材料的利用率，同時(shí)減少不必要的窩工，降低施工成本，縮短工期。

2）通過PKPM建模更容易發(fā)覺施工問題、更直觀地了解施工難點(diǎn)，針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的新問題、新難點(diǎn)通過荷載計(jì)算結(jié)合PKPM建模進(jìn)行深化，更進(jìn)一步了解問題的關(guān)鍵點(diǎn)，此時(shí)比較容易找出問題解決方案，彌補(bǔ)設(shè)計(jì)院因?qū)κ┕がF(xiàn)場(chǎng)不熟悉造成的疏忽和不足。通過此方法減少了問題解決時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，同時(shí)更有效地解決了施工技術(shù)難題，保證了施工質(zhì)量。

4 錨板植筋加固

本工程在原結(jié)構(gòu)上新增梁時(shí)，原結(jié)構(gòu)截面尺寸小于設(shè)計(jì)要求的植筋深度，此時(shí)植筋深度不足導(dǎo)致新增梁荷載無法滿足設(shè)計(jì)要求，通過和設(shè)計(jì)院的溝通、研究，最后新增梁與原結(jié)構(gòu)的連接采用錨板植筋加固施工技術(shù)，經(jīng)過計(jì)算，此時(shí)新增梁滿足荷載要求，并且此項(xiàng)技術(shù)獲得了科技發(fā)明專利并形成施工工法[1-4]。

1）當(dāng)原結(jié)構(gòu)截面尺寸小于植筋深度設(shè)計(jì)值，主筋抗拉拔承載能力達(dá)不到要求時(shí)，將原結(jié)構(gòu)鉆孔打穿，新增梁主筋穿過原結(jié)構(gòu)并露出約3 cm，將錨板與穿過原結(jié)構(gòu)的主筋塞焊，焊接后對(duì)錨板進(jìn)行封邊，新增梁鋼筋與孔洞間隙部位注射植筋膠，錨板與原結(jié)構(gòu)連接面灌注膠水，將荷載有效傳遞至鋼筋錨板連接體上（圖2）。

2）鋼筋與錨板焊接前對(duì)放置錨板部位的原結(jié)構(gòu)接觸面進(jìn)行界面處理，鋼筋與錨板焊接完成后對(duì)錨板四周進(jìn)行封邊，并用灌注膠灌注，使錨板與原結(jié)構(gòu)有效連接，并形成一個(gè)有效的受力整體（圖3）。

3）完成錨板封邊灌注之后，對(duì)穿洞塞焊的鋼筋洞內(nèi)打入植筋膠（由洞內(nèi)向外逐步注滿），進(jìn)一步增大鋼筋與原結(jié)構(gòu)的連接，加大承載力。此處新增梁時(shí)對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的剪切力和負(fù)彎矩滿足荷載設(shè)計(jì)要求。

圖2 錨板塞焊立面示意

圖3 錨板塞焊節(jié)點(diǎn)示意

4）在植筋前進(jìn)行施工放線，畫出原結(jié)構(gòu)植筋部位，植筋深度不足時(shí)將原結(jié)構(gòu)孔洞打穿，按要求材質(zhì)及尺寸準(zhǔn)備好鋼板，對(duì)應(yīng)打好的孔洞在鋼板上開洞（孔洞間距≥鋼筋2d，板邊距離孔洞間距≥鋼筋2d）。將打穿后的孔洞清理干凈，并將準(zhǔn)備好的鋼筋穿入孔洞，把開好洞的鋼板與鋼筋進(jìn)行塞焊（圖4）。

5）錨板塞焊完成并冷卻后在孔洞內(nèi)注射植筋膠，同時(shí)對(duì)錨板四周進(jìn)行封口膠封口，用灌注膠灌注，使錨板與原結(jié)構(gòu)連成整體，使受力體系更加的穩(wěn)固，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及牢固性，最后在錨板面上涂上防銹漆，確保質(zhì)量和使用壽命（圖5）。

圖4 錨板塞焊

圖5 錨板植筋加固完成

5 鋼套箍焊接加固

本工程原梁進(jìn)行增大截面加固時(shí)需要增加配筋，根據(jù)設(shè)計(jì)要求新增鋼筋柱內(nèi)植筋，因梁端柱是勁性混凝土結(jié)構(gòu)，柱內(nèi)有型鋼，若采用常規(guī)的植筋施工技術(shù)增加梁配筋時(shí)，植筋深度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求[5-8]。經(jīng)過與設(shè)計(jì)院的多次探討研究，最終確定采用柱上加焊鋼套箍局部加固施工技術(shù)，經(jīng)過計(jì)算此時(shí)新梁滿足荷載要求，并且此項(xiàng)技術(shù)獲得了科技發(fā)明獎(jiǎng)。

1）當(dāng)原結(jié)構(gòu)梁需要增大截面加固時(shí)，梁端柱內(nèi)有型鋼，導(dǎo)致無法通過常規(guī)植筋施工增加配筋，若鑿除梁柱相交部位插入鋼筋則會(huì)破壞原結(jié)構(gòu)，造成一系列的質(zhì)量問題和安全隱患；為了避免對(duì)原結(jié)構(gòu)的破壞，同時(shí)滿足設(shè)計(jì)的荷載要求，此處采用在柱上焊接2個(gè)鋼套箍，鋼套箍位置分別與加大截面梁新增配筋的上部主筋和底部主筋處于同一水平面，然后將新增配筋焊接在鋼套箍上，通過此方法使新增鋼筋與柱連接（圖6）。

圖6 型鋼柱與加大截面梁節(jié)點(diǎn)立面示意

2）在原結(jié)構(gòu)勁性混凝土柱上進(jìn)行放線，標(biāo)出加大截面梁上下部新增主筋位置，在放線位置處加設(shè)2塊U形鋼板（鋼板厚度、尺寸和材質(zhì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定），為了使焊縫避開受力點(diǎn)，要求鋼板焊縫與加固梁同一方向，鋼板與鋼板之間進(jìn)行坡口焊接，使鋼板縫隙滿焊，以保證鋼板連接質(zhì)量（圖7）。

圖7 鋼套箍與新增鋼筋焊接

3）當(dāng)梁上部新增配筋與原梁主筋處于同一水平面時(shí)，將靠近柱邊的原梁上部混凝土鑿除至主筋下方，使梁的上排主筋下方可穿過鋼套箍，將鋼套箍穿過主筋下方后抱柱焊接，套箍焊接完成后，將新增鋼筋焊接于鋼套箍上。若柱邊有墻時(shí)，將墻掏洞，使鋼套箍穿洞焊接，最后與梁一同澆筑（圖8）。

4）加大截面梁新增配筋綁扎完成后，將新增主筋焊接于鋼套箍上，焊縫尺寸及質(zhì)量滿足要求（此處滿足5d雙面焊）；同時(shí)將上下鋼套箍用拉鉤焊接，使上下鋼套箍形成一個(gè)整體（圖9）。

圖8 墻開洞穿鋼套箍施工

圖9 剖面1-1示意

5）鋼套箍上下連接拉鉤焊接完成后在拉鉤外側(cè)套上箍筋，當(dāng)有梁阻礙箍筋連接時(shí)在梁上鉆孔，將箍筋穿洞閉合綁扎或焊接，使加固梁與柱更有效地連接，形成完整的受力體系（圖10）。

圖10 剖面3-3示意

6）在鋼筋綁扎、焊接完成后進(jìn)行支模，然后澆筑灌漿料，將梁增大截面部位、柱鋼套部位、開洞開槽部位一同灌漿澆筑（圖11）。

6 承臺(tái)、地梁加固——錨桿靜壓樁

圖11 梁加大截面加固完成

本工程原有結(jié)構(gòu)已建成，因功能的變更，上部結(jié)構(gòu)荷載要求增加，原承臺(tái)及地梁無法滿足變更后的建筑荷載要求。部分要加固的承臺(tái)和地梁位于室內(nèi)和室外坡道下方，高度無法滿足樁基機(jī)器的操作高度，且無法進(jìn)行灌注樁施工。在不破壞已有建筑的前提下，為滿足新的結(jié)構(gòu)荷載要求，并對(duì)原樁基承臺(tái)、地梁進(jìn)行荷載提升，需要對(duì)承臺(tái)進(jìn)行加固，給設(shè)計(jì)和施工提出了更高的要求，經(jīng)綜合考慮，最后決定采用預(yù)制承臺(tái)后進(jìn)行錨桿靜壓樁施工。

1）在地板處施工放線，找出原結(jié)構(gòu)承臺(tái)和地梁，清除周邊土方，沿著承臺(tái)、地梁四周對(duì)底板進(jìn)行無損切割（避免破壞原承臺(tái)、地梁），切割后將四周一定范圍內(nèi)板面鑿除（鑿除部分為預(yù)留錨桿靜壓樁及新增承臺(tái)），鑿除后挖出承臺(tái)基坑。

2）原承臺(tái)、地梁四周預(yù)制承臺(tái)開挖完成后砌磚臺(tái)模，澆筑好墊層，在原承臺(tái)和地梁上植抗剪筋，新增承臺(tái)位于原地梁底部，在承臺(tái)中新增地梁，將原有地梁連接起來，擴(kuò)大原承臺(tái)和地梁的受力面積，新增承臺(tái)鋼筋綁扎時(shí)制模預(yù)留靜壓樁孔，并焊接好預(yù)留錨桿（圖12）。

圖12 原承臺(tái)、地梁植抗剪筋

3）新增承臺(tái)鋼筋綁扎完成后進(jìn)行制模、混凝土澆筑，澆筑完成并待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行錨桿靜壓樁施工。

7 施工要點(diǎn)

1）加固改造工程中新增梁、板及加大截面增加配筋時(shí)都要進(jìn)行鋼筋綁扎，此類工程鋼筋施工常常會(huì)受到周邊原有結(jié)構(gòu)阻礙，造成一定的施工難度；鋼筋要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸進(jìn)行下料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇鋼筋的搭接方式（冷綁、機(jī)械連接、焊接）便于施工，同時(shí)確保鋼筋綁扎質(zhì)量。

2）鋼筋、鋼板及預(yù)埋件焊接時(shí)確保焊接質(zhì)量，嚴(yán)禁虛焊、漏焊、少焊，當(dāng)焊接件與膠水（植筋膠、灌注膠）有連接時(shí)，應(yīng)先焊后注膠，避免膠水碳化。

3）膠水植入時(shí)確?？锥椿蚩p隙內(nèi)注射飽滿，并對(duì)完成后的構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)至膠水達(dá)到一定強(qiáng)度，杜絕膠水達(dá)到強(qiáng)度前遭到晃動(dòng)、擠壓或撞擊等破壞；注射膠水時(shí)對(duì)周邊其他構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)，防止膠水滲漏污染周邊構(gòu)件。

4）新增結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)搭接處要進(jìn)行鑿毛處理，使新老面有效結(jié)合，加大截面施工的原結(jié)構(gòu)面也要進(jìn)行鑿毛處理，并植入拉鉤，增大灌漿料與原結(jié)構(gòu)的整體受力。

5）在進(jìn)行構(gòu)件制模時(shí)要對(duì)腳手架的搭設(shè)質(zhì)量進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁腳手架胡亂支撐在周邊構(gòu)件上；因灌漿料較為稀薄，對(duì)模板縫隙要求較高，制模時(shí)使模板與原結(jié)構(gòu)貼緊，模板間無較大縫隙，澆筑時(shí)要時(shí)刻觀察模板縫隙，如有漏漿及時(shí)進(jìn)行封堵。

6）焊接件、植筋等要做相應(yīng)檢測(cè)，確保施工質(zhì)量，對(duì)隱蔽工程施工做好隱蔽驗(yàn)收。

8 結(jié)語

本工程雖然是學(xué)校的音樂演播廳，但其結(jié)構(gòu)布局較為繁瑣，聲學(xué)要求極高。建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)上多為非常規(guī)結(jié)構(gòu)造型、層次感突出，多處梁、板為異形結(jié)構(gòu)，且承載構(gòu)件為多種材質(zhì)組合而成，因此在加固設(shè)計(jì)及施工中困難重重。

本工程在加固改造行業(yè)中具有很大代表性和參考價(jià)值，常規(guī)的碳纖維加固、粘鋼加固、包鋼加固、增大截面加固等全部包含，其中還有因現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)造成常規(guī)加固技術(shù)無法應(yīng)用，利用PKPM建模深化，并經(jīng)過研究和實(shí)踐創(chuàng)造出錨板植筋加固、鋼套箍加固、預(yù)制承臺(tái)后壓樁加固等很多非常規(guī)加固施工技術(shù)，此技術(shù)獲得多項(xiàng)專利和工法。